Apa yang mendorong kemajuan menuju kecepatan jaringan seluler yang semakin cepat? [Tutup]


22

Saya selalu menerima bahwa kemajuan teknologi. Terlahir di tahun 90-an, semuanya menjadi lebih cepat, lebih kecil, lebih murah dan umumnya lebih baik jika Anda menunggu beberapa tahun. Ini paling jelas dengan elektronik konsumen seperti TV, PC dan ponsel.

Namun, sekarang saya sadar bahwa saya tahu apa yang mendorong sebagian besar perubahan ini, kecuali satu. Komputer dan ponsel menjadi lebih baik dan lebih cepat terutama karena kami dapat membangun transistor yang lebih kecil dan lebih efisien (saya mendengar sekitar dua kali jumlah transistor per unit area silikon setiap dua tahun).

Internet menjadi lebih cepat pertama dengan DSL yang mendorong bandwidth twisted pair darat tembaga secara maksimal. Ketika kami kehabisan spektrum yang dapat digunakan di dalam kawat tembaga kami beralih ke serat optik, dan itu adalah permainan yang sama sekali baru.

TL; DR: Tapi, apa yang memungkinkan jaringan seluler untuk terus menjadi lebih cepat? Saya sudah memiliki 2G, 3G dan sekarang ponsel LTE dan perbedaan kecepatannya sangat besar, mirip dengan perbedaan yang diamati di internet rumah tangga dalam dekade terakhir.

Namun, saluran LTE tidak harus memiliki bandwidth yang lebih besar (pada kenyataannya, saya percaya LTE menggunakan lebih sedikit: 3G menggunakan saluran 5 MHz , sedangkan LTE dapat memiliki saluran yang lebih kecil, dari 1,4 hingga 20 MHz ). Selain itu, saya telah mendengar berkali-kali bahwa LTE lebih efisien dalam hal bps per saluran Hz (saya akan menambahkan 'rujukan?' Di sini, saya akan menjadi yang pertama mengakui bahwa setidaknya terdengar meragukan).

Jadi apa itu? Lebih banyak spektrum? Elektronik yang lebih baik dan lebih kecil? Atau apakah kita menjadi lebih baik dalam hal ini dengan cara lain? Bagaimana?


11
Keserakahan mungkin merupakan pendorong utama: bisnis mengejar untung dan menurunkan biaya ...
Solar Mike

4
@SolarMike baik saya kira Anda benar, tapi saya tidak bermaksud begitu. Maksud saya dari sudut pandang teknis, apa yang memungkinkan.
Jus gratis

Jadi, apa pertanyaan Anda - apa yang akan kami ciptakan besok atau minggu depan yang akan lebih cepat?
Solar Mike

@SolarMike Tidak, pertanyaannya adalah bagaimana mereka membuatnya lebih cepat. PC akan lebih cepat tahun depan karena Intel akan membangun CPU dengan transistor yang lebih kecil dan lebih efisien, sehingga mereka dapat menjejalkan lebih banyak perangkat keras, lebih sedikit uang, clock lebih cepat dan menggunakan VDD yang lebih rendah. Tetapi mengapa penerus LTE lebih cepat? Dari sudut pandang teknologi, apa yang memungkinkan? Digiproc menyebutkan sesuatu di sepanjang garis algoritma yang lebih baik untuk mengeksploitasi kapasitas saluran, itulah yang saya cari.
Jus gratis

Jadi, Anda ingin tahu teori besok hari ini? yaitu "bagaimana"? ...
Solar Mike

Jawaban:


20

apa yang memungkinkan jaringan seluler untuk terus menjadi lebih cepat

Pada dasarnya, hukum Moore yang baik.

Handset hanya setengah dari persamaan. Silikon yang lebih modern dan kuat memang membantu dalam mendapatkan kualitas saluran yang lebih baik, lebih sedikit noise, dll. Namun ini tidak bisa melampaui bandwidth saluran sesuai Tn. Shannon.

Oleh karena itu, cara sederhana untuk meningkatkan bandwidth yang tersedia untuk setiap pengguna adalah dengan mengiris lanskap menjadi sel yang lebih kecil. Antena terarah di atas menara mengiris sel "bundar" menjadi empat bagian, seperti jeruk.

Memasang banyak micro / picocell di mana-mana di daerah padat penduduk berarti setiap stasiun pangkalan hanya menangani jumlah pengguna yang lebih sedikit. Lebih sedikit pengguna per sel berarti lebih banyak bandwidth per pengguna. Ini diaktifkan dengan mengurangi harga perangkat keras stasiun induk (yaitu, silikon murah, Hukum Moore, dan MMIC yang mengintegrasikan bit-bit RF on-chip).

Sistem yang lebih cerdas juga membantu. Misalnya, dalam GSM, bahkan ketika Anda tidak berbicara, slot waktu bandwidth Anda dicadangkan untuk Anda, yang merupakan pemborosan.

Yang penting juga ketersediaan ini dengan harga yang wajar:

  • FPGA besar dengan kekuatan komputasi yang benar-benar gila
  • ADC / DAC cepat
  • IC gelombang mikro

Ini memungkinkan radio digital, dan di sinilah bit berairnya, seperti MIMO dan antena array adaptif dengan bentuk gelombang waktu nyata dan pemerataan saluran, modulasi canggih (dan adaptif), ditambah kode koreksi kesalahan yang kuat yang membutuhkan banyak daya komputasi, dll. .


Di mana FPGA berperan dalam hal jaringan seluler? Saya akan berpikir semuanya adalah ASIC?
Mehrdad

2
ASIC memiliki biaya satuan yang lebih murah, tetapi FPGA dapat ditingkatkan lapangan ...
peufeu

3
FPGA bisa ekonomis dalam volume yang lebih rendah, atau ketika konfigurasi ulang diperlukan. Biaya per unit FPGA yang lebih tinggi dapat lebih disukai daripada biaya besar untuk mengembangkan ASIC. FPGA dapat digunakan beberapa perangkat keras jaringan berkinerja sangat tinggi, stasiun basis sel, dll. Yang volumenya relatif rendah. Untuk picocell, ASIC adalah kemungkinan yang lebih kuat karena akan ada lebih banyak dari mereka.
alex.forencich

2
BAIK! FPGA berada di stasiun basis. Ponsel menjual dalam jumlah yang cukup untuk membenarkan ASIC, dan mereka sering "ditingkatkan" ketika orang membeli yang baru.
peufeu

1
Proliferasi bertahap teknologi tanah yang lebih baik adalah bagian besar juga; handset hanya membentuk sebagian dari jaringan seluler. mis. sinkronisasi waktu berbasis paket yang telah kami lakukan selama bertahun-tahun tetapi hal-hal ini membutuhkan waktu lama untuk meresap ke dalam industri pada skala
Lightness Races dengan Monica

11

Saya pikir berikut adalah beberapa teknologi / teknik utama yang mendorong laju data seluler.

  1. Pindah ke frekuensi operator yang lebih tinggi di mana bandwidth yang lebih luas tersedia. Kami akan segera memiliki teknologi gelombang milimeter yang digunakan dalam seluler.

  2. Multi Input Multi Output (MIMO) Sistem antena memungkinkan transmisi paralel aliran data.

  3. Skema modulasi lanjutan seperti OFDM dan QAM.

  4. Kode koreksi kesalahan maju yang lebih kuat tidak memerlukan transmisi ulang dan membawa kita semakin dekat dengan Kapasitas Shannon.

  5. Mengecilkan ukuran sel. Sekarang kami memiliki frekuensi yang sama dibagi di antara sejumlah kecil pengguna.


1
singkat dan langsung ke inti nya. +1
Sredni Vashtar

4

Dengan asumsi bandwidth yang sama, satu-satunya cara untuk meningkatkan flatates adalah pengkodean yang lebih baik: QAM versus GSM MSK, 16QAM versus QAM, 256QAM versus 16QAM,

Dan dalam semua ini, multipathing dan fading harus ditangani.

Dengan bit lebih banyak per Hertz, SignalNoiseRatio (SNR) perlu ditingkatkan, sehingga pengkodean memberikan bantuan satu kali 5 atau 10 dB di sini. Untuk meningkatkan SNR, tautan ini membutuhkan lebih banyak ERP (antena TX terfokus), antena penerima yang lebih tinggi (lebih banyak elemen, array bertahap, dll. Memberikan lebih banyak area untuk mengumpulkan lebih banyak energi) dan jalur yang lebih pendek untuk mengurangi pathloss.


2
Meski begitu, akhirnya, batas Shannon akan tercapai. Setelah ini terjadi, satu-satunya kemungkinan untuk meningkatkan kecepatan akan lebih banyak bandwidth per pengguna, yang berarti sel yang lebih kecil. Akhirnya seseorang bisa berakhir dengan sistem yang mirip dengan WiFi berdaya rendah di mana hanya beberapa pengguna yang ada di sel, dan pada titik itu desain RF standar akan semaksimal mungkin melewati ...
madscientist159

3

Atau apakah kita menjadi lebih baik dalam hal ini dengan cara lain? Bagaimana?

Mungkin akan datang suatu hari ketika handset kami (atau sistem) akan dapat menyimpan nuansa matematika dari suara individu kita dan memanipulasinya untuk membentuk kata-kata lain secara algoritmik. Maka semua yang perlu ditransmisikan dalam panggilan suara adalah "teks" dan telepon penerima dapat merekonstruksi suara kita dan terdengar seperti orang yang sebenarnya.

Jadi untuk mengatakan "semoga harimu menyenangkan" akan membutuhkan 15 karakter ascii atau 120 bit untuk dua detik pidato.


1
Jangan lupa beberapa byte untuk smiley di akhir, kecuali jika Anda mengharapkan semua orang terdengar sangat serius di telepon di masa depan.
Dmitry Grigoryev

1
Saya harap itu tidak terjadi sejauh itu, kalau-kalau kita mengalami hal seperti ini , tetapi untuk komunikasi suara alih-alih dokumen yang dipindai. Saya akan menyebutnya "koreksi otomatis untuk audio".
Aleksi Torhamo

Jadi ketika ini menjadi kenyataan, bisakah kita tidak lagi mempercayai suara teman-teman kita karena alasan yang sama sehingga kita tidak bisa mempercayai email atau ID penelepon mereka hari ini? (spoofing)
AaronD

@ Hard sebenarnya Anda tidak bisa mempercayai panggilan telepon. Teman (dan suara mereka) sendiri tetap dapat dipercaya seperti sebelumnya.
user253751

@immibis Ya, itulah yang saya maksud. Kira saya meninggalkan beberapa ambiguitas di sana. Terima kasih telah mengklarifikasi.
AaronD

3

Kemajuan penting lain yang belum disebutkan adalah peningkatan pemanfaatan jaringan serat optik . Serat optik dapat membawa seluruh spektrum panjang gelombang. Namun, mereka tidak selalu melakukannya. Filter optik dengan presisi yang meningkat sekarang memungkinkan lusinan (atau lebih) "saluran" untuk sekarang dijejali menjadi serat tunggal di mana sebelumnya mereka hanya akan menggunakan dua. Ini memungkinkan infrastruktur yang ada (serat di dalam tanah) membawa jumlah data yang semakin meningkat hanya dengan kebutuhan untuk memutakhirkan peralatan titik akhir. Jaringan seluler pada dasarnya berada di atas tulang punggung serat, sehingga serat yang lebih baik dan lebih cepat adalah bagian penting dari seluler yang lebih luas dan lebih cepat.

Ini mirip, dalam beberapa hal, dengan bagaimana tembaga POTS berubah dari 2400bps menjadi 50MBps dalam rentang beberapa dekade.


2

Tidak hanya perancang masih menggunakan algoritma yang lebih baik untuk melakukan kompresi audio dinamis, pengkodean saluran dinamis (yaitu semakin mendekati batas Shannon), dan adaptasi dinamis untuk multipath, clutter, dan interferers; tetapi karena transistor semakin kecil, kita dapat menggunakan algoritma yang lebih rumit untuk jumlah energi baterai yang sama.


1
Seberapa besar dampak yang diberikan oleh pengkodean saluran bahwa sebagian besar komunikasi, atau seharusnya, dienkripsi dan karenanya tidak mungkin dibedakan dari white noise?
Maciej Piechotka

@MaciejPiechotka Tidak pengkodean dalam kompresi, pengkodean dalam modulasi. Dan mengkode seperti dalam koreksi kesalahan (aneh kedengarannya, menambahkan koreksi kesalahan dapat meningkatkan kecepatan data karena sekarang koneksi "aktual" Anda bisa lebih cepat dan kurang akurat untuk menebusnya).
user253751

@immibis Oh begitu hal-hal seperti 10b / 8b. Masuk akal
Maciej Piechotka

@ MaciejPiechotka Saya berasumsi maksud Anda 8b / 10b encoding ? Skema pengkodean itu terutama untuk pemulihan jam dan keseimbangan DC dan hanya mentransmisikan 0,8 bit per simbol. Transmisi dengan 16-QAM memiliki 4 bit per simbol dan transmisi dengan 64-QAM memiliki 6 bit per simbol.
Sikat gigi

@ Brushbrush maaf. Terakhir kali saya berurusan dengan jenis materi ini adalah di uni dan saya tidak ingat notasi (dan sebelum kopi saya belum melihat bahwa google menempatkan pesanan yang benar ketika saya memeriksanya).
Maciej Piechotka
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.